轴承材料介绍

郭长建滚动轴承材料及热处理介绍一、滚动轴承常用材料介绍目录二、滚动轴承热处理工艺介绍三、滚动轴承材料及热处理检测技术目录金属材料基本知识常用材料分类金属材料、非金属材料及复合材料金属材料：黑色金属和有色金属黑色金属：纯铁、钢、铸铁有色金属：铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、镁及镁合金等钢：碳钢和合金钢铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁金属材料基本知识套圈、钢球GCr15、55#、40Cr黄铜HPb59-1保持架SPCCPA66、46、胶木保持架NBR、ACM、FKM金属材料基本知识常用材料分类习惯上，把含碳量＞2.11%，或者＜0.0218%的归类于铸铁或纯铁；含碳量＜2.11%归类为钢按照钢的品质分类：普通钢（P≤0.045%，S≤0.055%）优质钢（P≤0.035%，S≤0.035%）高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按化学成份分类：碳素钢低碳钢C≤0.25%，中碳钢0.25%≤C≤0.60%，高碳钢C＞0.6%合金钢低合金钢≤5%，中合金钢5%≤C≤10%，高合金钢＞10%套圈材料及要求套圈常用材料及基本要求高碳铬轴承钢GCr15GCr15SiMnGCr18Mo套圈：壁厚δ≤15mmδ≤50mmδ≤50mm滚动体：球：≤50mm球：≤80mm球：≥50mm滚子：≤30mm滚子：≤60mm滚子≥30mm上述钢一般工作温度低于120℃，高温回火后可用在200℃以下。渗碳轴承钢G20CrMo(A)壁厚δ≥6～10mm层渗0.5~1.5mmG20CrNiMo(A)(C-8620)壁厚δ≥8～12mm层渗1.5~2.0mmG20CrNi2Mo(A)(C-4320)壁厚δ≥10～15mm层渗1.6~2.4mmG20Cr2Ni4(A)壁厚δ≥20～70mm层渗2.5~5.0mm使用温度一般不超过120℃不锈轴承钢9Cr189Cr18Mo：工作温度-250~300℃,腐蚀环境，较大负荷1Cr13～4Cr13：工作温度250℃以下，腐蚀环境，较小负荷特殊性能钢Cr4Mo4V：工作温度425℃以下55钢：壁厚δ≤10mm（油淬）40Cr：壁厚δ≤18mm（油淬）套圈材料及要求套圈常用材料及基本要求1、轴承钢洁净度a、纯洁度的表征：[O]、夹杂物水平、[Ti][O]：上世纪大于20PPM，目前国内水平6～16PPM，目前国外最好水平小于8PPM夹杂物类型：A、B、C、D[Ti]：上世纪SKF公司50PPM，本世纪初控制30PPMb、夹杂物的危害：夹杂物与基体交界处产生微裂纹，脆性剥落，破坏钢的连续性并产生应力集中。c、夹杂物来源：炉体耐火材料及炉渣；未能排出脱氧产物及析出的脱氧产物套圈材料及要求套圈常用材料及基本要求2、材料的均匀性•化学成分均匀性：合金元素均匀性，C、S、P微观及宏观偏析；•碳化物的均匀性：碳化物颗粒大小、间距、形态分布（碳化物网状、碳化物液析、碳化物带状）不均匀形的危害（一些试验结果）：a、碳化物液析的危害相当与脆性夹杂物；b、当碳化物带状大于3级时，可使轴承寿命降低1/3；c、碳化物网状升高1级，可使轴承降低1/3；d、碳化物颗粒影响轴承寿命，碳化物平均粒度为0.56um比1um的疲劳寿命提高2.5倍。套圈材料及要求套圈常用材料及基本要求中国美国日本德国英国SKFGBSAEASTMJISDIN材料号BSGCr155210052100SUJ2100Cr61.3505534A99SKF3GCr15SiMn100CrMn61·3520G20CrMo4118G20CrNiMo8620SNCM2209Cr18Mo440CSUS440CCr4Mo4VM50•常用轴承钢国内外牌号对比套圈材料及要求套圈常用材料及基本要求•四、国内较知名轴承钢厂1、宝钢集团特殊钢分公司（上钢五厂）主要生产GCr15、52100、9Cr18、9Cr18Mo、Cr4Mo4v、20CrMo、20CrNiMo及其它特殊钢有模铸钢材和连铸钢材2、江阴兴澄钢厂主要生产GCr15、SKF3、100Cr6、SUJ2及其它特殊钢仅有连铸钢材3、东北特钢主要生产GC15、SKF3、52100等其它特殊钢材有模铸钢材和连铸钢材4、其它。西宁特钢、大冶特钢、无锡钢厂、长城特钢等五、人本集团目前常用轴承钢GCr15、CU1、CU2、CU3、CU4、SKF3、100Cr6、52100、RB52100套圈材料及要求思考题•1、你公司所有零件都用到哪些金属材料？具体牌号能说出来吗？•2、什么是钢和什么是铁？举例说明。•3、GCr15钢含碳量在什么范围？轴承钢质量好坏主要从哪两大类进行评价？•4、人本目前有哪几个等级的GCr15钢？你公司主要用哪个或哪几个等级的材料？•5、国内常用轴承钢钢厂有哪几家？热处理基本工艺介绍热处理基本工艺介绍热处理定义：为了改变金属的各种机械、物理、化学性能及金属的冷、热加工性能，使之能够满足设计需要的用途，对金属进行加热，并达到一定的温度后，在该温度停留一段时间，然后在某种冷却介质中以一定的冷却速度冷下来。不同的温度状况、不同含碳量，金属的金相组织是不同的。热处理基本工艺介绍热处理基本工艺介绍常用热处理工艺：正火（一般正火、高温正火）退火（去应力退火、再结晶退火、球化退火）淬火（不完全奥氏体化）回火（低温回火、中温回火、高温回火）上料区冷却油槽淬火炉回火炉输送带清洗机热处理基本工艺介绍热处理基本工艺介绍钢热处理常见相：铁素体——α－Fe，体心立方晶体。铁素体的塑性很高，屈服强度很低，非常容易塑性变形铁素体的硬度：＜HV200彩色腐蚀铁素体晶体模型黑白腐蚀铁素体热处理基本工艺介绍热处理基本工艺介绍钢热处理常见相：奥氏体——γ－Fe，高温下C溶于铁素体中的固溶体，面心立方晶体。奥氏体具有较高的塑性，屈服强度低，很容易塑性变形奥氏体硬度：奥氏体晶体模型奥氏体晶粒度热处理基本工艺介绍热处理基本工艺介绍钢热处理常见相：渗碳体——Fe3C,铁原子和碳原子构成的化合物（碳化物），正火晶系。渗碳体的硬度很高，强度很大，显脆性。一次渗碳体是残留化合物，是钢加热进行奥氏体化时，未完全融化的碳化物；二次渗碳体是析出碳化物，是钢在完成奥氏体化后，冷却过程中从奥氏体中析出的碳化物。片状粒状热处理基本工艺介绍热处理基本工艺介绍钢热处理常见相：马氏体——C在α－Fe中的过饱和固溶体，体心正方晶体。马氏体最主要的特征就是高硬度、高强度，其硬度随着马氏体中碳含量的增加而升高，当碳含量达到0.6%时，淬火钢的硬度接近最大值，但塑性和韧性却明显下降板条马氏体针状马氏体轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢正火：1)消除网状碳化物网状碳化物是由于停轧或停锻温度过高、冷却过慢而使碳化物沿奥氏体境界析出所致，降低轴承的疲劳强度和冲击韧性；2)返修退火的不合格品退火过热产生的粗大片状珠光体，必须先经过正火消除过热组织后，再进行第二次退火，否则将造成粗大碳化物。GCr15890~950℃时间/h4~8升温空冷轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢常用正火工艺：正火工艺的关键在于选择加热温度和冷却方法。由于正火的目的、正火前显微组织中碳化物的形态以及套圈的壁厚不同，正火采用的温度及冷却方法也有所差异，下表作一简介：目的材质温度℃930~950GCr15GCr15SIMn消除不太粗网状碳化物或返修退火消除粗大网状碳化物细化组织890~900880~910900~920910~940870~890轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢退火：1)获得均匀分布的细粒状珠光体为后道工序的淬火热处理做好预准备。2)把硬度降低到最有利于切削加工的范围锻造或热轧后的套圈硬度一般在255~340HB之间，这种硬度不利于车削。退火后硬度可以控制在170~220HB（179~207HB）之间，为车加工提供良好的车削加工性能。3)消除应力消除机加工或冲压加工时在零件中形成的剩余应力，为零件提供稳定的尺寸和精度轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢常用退火工艺1)低温退火，消除内应力GCr15670~720GCr15SiMn650~720温度/℃时间/h4~8升温轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢常用退火工艺2)一般退火，球化退火，降低硬度、为淬火做准备770~810温度/℃时间/h2~6升温1720轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢常用退火工艺3)等温退火，球化退火，降低硬度、为淬火做准备升温780~810时间/h温度/℃快冷680~720炉冷至650℃后出炉2~52~4快冷轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢常用退火工艺4)快速退火，球化退火，降低硬度、为淬火做准备780±10900~910温度/℃正火退火时间/h30~50min2~2.5冷却60~90℃/h至650℃轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢淬火将钢加热到临界点A”c1~AcM之间某一温度，保温一段时间，然后快速(大于临界速度)冷却下来的热处理过程叫淬火；轴承钢淬火的目的是为了得到隐晶或细小的马氏体、细小而分布均匀的碳化物及少量残余奥氏体所组成的显微组织。一般淬回火情况下，轴承钢显微组织中马氏体占80%以上，碳化物占5~10%，残余奥氏体占9~15%左右。套圈进炉加热、保温冷却轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢淬火工艺曲线时间/h温度/℃Acm升温A”c1820~860℃保温冷却750~795℃900℃轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢回火把淬火钢加热到Ac1以下的某一个温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理过程叫回火。回火可以减轻淬火内应力，防止开裂，稳定组织，从而稳定尺寸，还能在硬度稍有降低的情况下大大提高韧性，获得良好的综合力学性能。温度/℃Ac1升温保温冷却时间/h750~795℃轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢回火淬火钢一般回火工艺名称公差等级回火设备回火温度/℃回火时间/h中小型套圈P0、P6油炉或电炉160~1802.5~3P4、P5油炉170~2003.5~4大型套圈P0电炉180~2206~12轴承热处理工艺介绍轴承热处理工艺介绍轴承钢附加回火淬火钢一般附加工艺，附加回火的保温时间在3h以内，应力降低最快，以后则趋于缓慢，附加回火的保温时间和次数，应按照轴承精度等级和零件尺寸来选择套圈尺寸有效厚度/mm＜66~1212~2020~设计外径/mm＜100100~200200~300300~温度/℃130~150130~150130~150130~150保温时间/h油炉3~4567电炉3.5~4.55.56.57.5轴承热处理工艺介绍思考题•1、热处理行业常用“四把火”，说出其名称及主要作用？•2、你所接触到轴承零件都有哪些热处理工艺？•3、GCr15球化退火温度一般是多少？时间一般多长？•4、GCr15钢淬火（回火）温度一般是多少？时间一般多长？•5、GCr15钢淬回火处理一般用什么设备？轴承材料及热处理测试介绍轴承材料及热处理测试介绍轴承钢材料测试项目1)化学成份（C、Si、Mn、Cr、S、P、Cu、O、Ti……）；2）组织的均匀性：宏观组织（偏析、中心疏松、一般疏松）、微观组织（碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状及退火组织等）；3）材料的洁净度：非金属夹杂物的大小、形状及分布等；4）力学性能：抗拉强度、硬度。轴承材料及热处理测试介绍轴承材料及热处理测试介绍原材料缺陷检验及产生原因：1）偏析：检查方法：热酸洗，50％的工业盐酸水溶液、酸洗温度65～80℃，酸洗时间为30～40分钟，然后取出试样用碱水中和并用80℃的热清水冲洗。在横截面上，用肉眼或放大镜观察。评定标准：GB/T18254－2002中第3级别图或美国标准ASTME381的规定；产生原因：钢锭冷凝过程中，由于钢种合金元素和杂质元素的扩散速度不一致而形成的成份不均的现象。轴承材料及热处理测试介绍轴承材料及热处理测试介绍原材料偏析图片：轴承材料及热处理测试介绍轴承材料及热处理测试介绍原材料缺陷检验及产生原因：2）疏松：检查方法：热酸洗，50％的工业盐酸水溶液、酸洗温度65～80℃，酸洗时间